带有颅底的全颈椎三维有限元模型的建立及分析.pdf

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1、550中国脊柱脊髓杂志2014年第24卷第6期ChineseJournalof却ineand却inalCord，2014，Vo1．24，No．6带有颅底的全颈椎三维有限元模型的建立及分析郭群峰，陈方经，倪斌，陈博，卢旭华，谢宁，陈金水，郭翔(1第二军医大学附属长征医院骨科200003上海市；2上海交通大学附属瑞金医院伤骨科研究昕200025)【摘要】目的：建立带有颅底的全颈椎三维有限元模型并验证模型有效性，为分析颈椎疾患的生物力学机制提供帮助。方法：选取一31岁健康男性志愿者进行颈椎(包括颅底)薄层CT扫描，并将CT原始数据以Dicom格式存贮。运用建模软件Simpleware3．0把

2、CT数据转化为STL格式数据，通过Geomagic8．0对数据中的图像进行修补、去噪、铺面并转化为NURB曲面模型，得到带有颅底的全颈椎(CO—C7)三维有限元实体模型。应用软件Hypermesh9．0进行前处理，包括接触定义、网格划分、材料属性设定及载荷与边界条件设定。应用Abaqus6—9—1大型有限元计算软件进行计算，将屈曲、伸展、左右侧弯和左右旋转工况下的活动范围(ROM)与Panjabi的实验数据进行比较，对模型进行验证。结果：建立的正常全颈椎三维有限元模型共包含664026单元，228557节点，具有逼真的几何外观。通过与Panjabi的实验数据进行对比验证，发现该模型在屈

3、伸、侧弯及旋转工况下的ROM与Panjabi的数据基本一致，只有在C2一C3旋转活动度方面存在差异(6．03。VS3。±2．5。，P<0．05)。结论：所建立的带有颅底的正常全颈椎三维有限元模型满足有限元分析的几何相似性和力学相似性，可用于颈椎的生物力学分析。【关键词】颈椎；有限元；生物力学doi：10．3969／j．issn．1004—406X．2014．06．11中图分类号：R681．5，TP391．41文献标识码：A文章编号：1004—406X(2014)一06—0550—05Theestablishmentandanalysisofafiniteelementmodelofth

4、ewholecervicalspineplustheskullbase／GUOQunfeng，CHENFangjing，NIBin，etaV／ChineseJournalofSpineandSpinalCord，2014，24(6)：550-554【Abstract】Objectives：Toestablishathree—dimensionalfinitedementmodelofthecervicalspineplusskullbase，andtoevaluateitsmechanismofthecervicalspinedisease．Methods：A31-year—oldhe

5、althymalevolunteerunderwentcervicalthin—sectionCTscans．AndtherawdataoftheCTscanswerestoredinDicomformat．ThentheCTdataweretransferredintoSTLformatbyusingmodelingsoftwareSimpleware3．0．AndNURBsurfacemodelwasobtainedafterdatarepair，noiseremovalandpavementunderthehelpofGeomagic8．0．Finallyafullcervica

6、lspine(C0一C7)finiteelementmodelwasestablished．Pre—pr0cessings，includingin—teractiondefinition，meshingandtheset—upofmaterialproperties，loadandboundary，weredonebyusingHypermesh9．0．CalculationswereperformedbyusingAbaqus6-9-1，largefiniteelementcalculationsoftware．TheROMsinflexion，extension，lateralbe

7、ndingandrotationwerecomparedwiththedatareportedbyPan—jabiinordertovalidatethemode1．Results：Thefinalintactcervicalspinalmodelconsistedof664026ele—mentsand228557nodes．Themodelhadthesamesimilarityandprofileastheclinicalcase，and